Đồng hồ đo độ căng là thiết bị chuyển đổi biến dạng đàn hồi đo được của vật rắn thành tín hiệu điện. Điều này xảy ra do sự thay đổi điện trở của dây dẫn cảm biến khi kích thước hình học của nó thay đổi từ lực căng hoặc nén.
Máy đo độ căng: nguyên lý hoạt động
Phần tử chính của thiết bị là một máy đo biến dạng được gắn trên một kết cấu đàn hồi. Đồng hồ đo sức căng được hiệu chuẩn bằng cách tải từng bước với một lực tăng dần cho trước và đo độ lớn của điện trở. Sau đó, bằng cách thay đổi nó, có thể xác định các giá trị của tải trọng chưa biết được đặt vào và biến dạng tỷ lệ với nó.
Tùy thuộc vào loại cảm biến, bạn có thể đo:
- sức mạnh;
- áp;
- di chuyển;
- momen xoắn;
- tăng tốc.
Ngay cả với sơ đồ tải phức tạp nhất của cấu trúc, hành động trênmáy đo biến dạng được giảm xuống để kéo căng hoặc nén mạng tinh thể của nó dọc theo một phần dài được gọi là cơ sở.
Sử dụng đồng hồ đo biến dạng nào
Các loại đồng hồ đo biến dạng phổ biến nhất với sự thay đổi điện trở chủ động dưới tác động cơ học - đồng hồ đo biến dạng.
Đồng hồ đo độ căng dây
Ví dụ đơn giản nhất là một đoạn dây mỏng thẳng, được gắn vào bộ phận đang nghiên cứu. Điện trở của nó là: r=pL / s, trong đó p là điện trở suất, L là chiều dài, s là diện tích mặt cắt ngang.
Cùng với bộ phận, dây dán bị biến dạng đàn hồi. Đồng thời, kích thước hình học của nó thay đổi. Khi bị nén, tiết diện của dây dẫn tăng lên, và khi bị kéo dãn, nó giảm. Do đó, sự thay đổi điện trở thay đổi dấu phụ thuộc vào chiều biến dạng. Đặc tính là tuyến tính.
Độ nhạy thấp của máy đo biến dạng dẫn đến nhu cầu tăng chiều dài của dây trong một khu vực đo nhỏ. Để làm được điều này, nó được làm dưới dạng một dây xoắn (mạng tinh thể), được dán ở cả hai mặt bằng các tấm cách nhiệt từ một bộ phim dầu bóng hoặc giấy. Để kết nối với mạch điện, thiết bị được trang bị hai dây dẫn bằng đồng. Chúng được hàn hoặc hàn vào các đầu của dây cuộn và đủ chắc chắn để kết nối với một mạch điện. Máy đo biến dạng được gắn vào phần tử đàn hồi hoặc bộ phận được thử nghiệm bằng keo.
Cảm biến lực có dây có những ưu điểm sau:
- thiết kế đơn giản;
- phụ thuộc tuyến tính vào biến dạng;
- kích thước nhỏ;
- giá thấp.
Nhược điểm bao gồm độ nhạy thấp, ảnh hưởng của nhiệt độ môi trường, cần được bảo vệ khỏi độ ẩm, chỉ sử dụng ở khu vực có biến dạng đàn hồi.
Dây sẽ biến dạng khi lực dính của chất kết dính vào nó vượt quá lực cần thiết để kéo căng. Tỷ lệ của bề mặt liên kết với diện tích mặt cắt ngang phải là 160 đến 200, tương ứng với đường kính của nó là 0,02-0,025 mm. Nó có thể được tăng lên đến 0,05 mm. Sau đó, trong quá trình hoạt động bình thường của máy đo biến dạng, lớp kết dính sẽ không bị phá hủy. Ngoài ra, cảm biến hoạt động tốt trong quá trình nén, vì các sợi dây không thể tách rời với màng dính và bộ phận.
Foil Load Cells
Các thông số và nguyên lý hoạt động của cảm biến lực dạng lá cũng giống như cảm biến dạng dây. Vật liệu duy nhất là nichrome, hằng số hoặc lá nhôm-titan. Công nghệ sản xuất quang khắc cho phép thu được cấu hình mạng tinh thể phức tạp và tự động hóa quy trình.
So với đồng hồ đo độ căng dây, đồng hồ đo độ căng lá nhạy hơn, mang nhiều dòng điện hơn, truyền tải sức căng tốt hơn, có dây dẫn mạnh hơn và có mẫu phức tạp hơn.
Cảm biến lực bán dẫn
Độ nhạy của cảm biến cao hơn khoảng 100 lần so với cảm biến có dây, cho phép chúng được sử dụng thường xuyên mà không cần bộ khuếch đại. Nhược điểm là giòn, phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ môi trường và đáng kểtrải tham số.
Thông số kỹ thuật của máy đo độ căng
- Đế - chiều dài của dây dẫn lưới (0,2-150 mm).
- Điện trở danh định R - giá trị điện trở hoạt động (10-1000 Ohm).
- Dòng điện cung cấp làm việc Ip- dòng điện mà máy đo biến dạng không nóng lên đáng kể. Khi quá nóng, các đặc tính của vật liệu của phần tử cảm biến, đế và lớp kết dính thay đổi, làm sai lệch kết quả đọc.
- Hệ số căng: s=(∆R / R) / (∆L / L), trong đó R và L lần lượt là điện trở và chiều dài của cảm biến không tải; ∆R và ∆L - thay đổi lực cản và biến dạng của ngoại lực. Đối với các vật liệu khác nhau, nó có thể là dương (R tăng khi căng) và âm (R tăng khi nén). Giá trị của s đối với các kim loại khác nhau thay đổi từ -12,6 đến + 6.
Phương án chuyển đổi trên đồng hồ đo sức căng
Để đo các tín hiệu điện nhỏ, lựa chọn tốt nhất là kết nối cầu, ở trung tâm là vôn kế. Ví dụ đơn giản nhất là một máy đo biến dạng, mạch của nó được lắp ráp theo nguyên tắc của một cầu điện, trên một trong các nhánh của nó được kết nối. Điện trở không tải của nó sẽ giống như các điện trở còn lại. Trong trường hợp này, thiết bị sẽ hiển thị điện áp bằng không.
Nguyên tắc hoạt động của máy đo biến dạng là tăng hoặc giảm giá trị sức cản của nó, tùy thuộc vào lực nén hay lực kéo.
Nhiệt độ của máy đo biến dạng có ảnh hưởng đáng kể đến độ chính xác của kết quả đo. Nếu một lực kháng biến dạng tương tự được bao gồm trong cánh tay kia của cầu, không được tải, nó sẽ thực hiện chức năng bù đắp cho các hiệu ứng nhiệt.
Mạch đo cũng phải tính đến các giá trị điện trở của dây nối với điện trở. Ảnh hưởng của chúng được giảm bớt bằng cách thêm một dây khác được nối với một trong các chân của máy đo biến dạng và vôn kế.
Nếu cả hai cảm biến được dán vào phần tử đàn hồi theo cách mà tải của chúng khác dấu, tín hiệu sẽ được khuếch đại lên 2 lần. Nếu có bốn cảm biến trong mạch với tải được chỉ định bằng các mũi tên trong sơ đồ trên, độ nhạy sẽ tăng lên đáng kể. Với kết nối này của đồng hồ đo độ căng dây hoặc lá, một microam kế thông thường sẽ cho kết quả đọc mà không cần bộ khuếch đại tín hiệu điện. Điều quan trọng là phải chọn chính xác các giá trị điện trở bằng đồng hồ vạn năng sao cho chúng bằng nhau trong mỗi nhánh của cầu điện.
Ứng dụng của máy đo biến dạng trong kỹ thuật
- Một phần thiết kế của cân: khi cân, thân cảm biến bị biến dạng đàn hồi và với nó là các đồng hồ đo biến dạng được dán vào nó, được kết nối trong một mạch điện. Tín hiệu điện được truyền đến đồng hồ.
- Giám sát trạng thái ứng suất của kết cấu tòa nhà và kết cấu công trình trong quá trình xây dựng và vận hành của chúng.
- Đồng hồ đo lực căng để đo lực biến dạng trong quá trình gia côngáp lực kim loại tại nhà máy cán và máy dập.
- Cảm biến nhiệt độ cao cho thép và các ngành công nghiệp khác.
- Cảm biến đo với phần tử đàn hồi bằng thép không gỉ để hoạt động trong môi trường khắc nghiệt về mặt hóa học.
Đồng hồ đo biến dạng tiêu chuẩn được chế tạo dưới dạng vòng đệm, cột, dầm đơn hoặc hai mặt, hình chữ S. Đối với tất cả các kết cấu, điều quan trọng là lực được tác dụng theo một hướng: từ trên xuống hoặc ngược lại. Trong các điều kiện hoạt động khắc nghiệt, các thiết kế đặc biệt giúp loại bỏ hoạt động của các lực lượng ký sinh. Giá của chúng phần lớn phụ thuộc vào điều này.
Đối với máy đo biến dạng, giá dao động từ hàng trăm rúp đến hàng trăm nghìn. Phụ thuộc nhiều vào nhà sản xuất, thiết kế, vật liệu, công nghệ chế tạo, giá trị của các thông số đo được, thiết bị điện tử bổ sung. Phần lớn, chúng là thành phần của các loại thang đo khác nhau.
Kết
Nguyên lý hoạt động của tất cả các đồng hồ đo biến dạng đều dựa trên sự biến đổi biến dạng của phần tử đàn hồi thành tín hiệu điện. Đối với các mục đích khác nhau, có các thiết kế cảm biến khác nhau. Khi chọn đồng hồ đo biến dạng, điều quan trọng là phải xác định xem các mạch có bù cho việc đọc nhiệt độ bị bóp méo và ảnh hưởng cơ học ký sinh hay không.
